一种用于电网灵活抗扰动调节的光伏储能互补系统

技术领域

本发明属于光伏电网技术领域，尤其涉及一种用于电网灵活抗扰动调节的光伏储能互补系统。

背景技术

电网系统面临着新能源大规模接入的巨大挑战。太阳能光伏发电等分布式电源的并网运行是实现清洁可再生能源大规模应用和开发、以及应对节能减排的重要途径。由于光伏发电的随机性强、波动性明显，随着其并网装机容量不断增加，给电网系统的稳定、可靠运行带来了更多的挑战。储能是支撑新型电力系统的重要技术和基础装备，对增强能源配置的灵活性，提高可再生能源利用率与在系统中的占比具有重要意义。

采用光伏储能发电系统，可以通过储能系统对光伏的间歇性、波动性与电力系统实时平衡之间的矛盾进行缓解，提高电网安全，降低了其对电网的不利影响，实现可靠、稳定、灵活的电能调度，支撑构建新能源为主体的新型电力系统。如何在提高光能利用率的同时实现削峰填谷，减少发电机备用容量，提高电网电能质量，是一个亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中光伏储能发电系统在电网电能质量方面存在的供能间歇性、波动性的缺点和不足，本发明提出了一种用于电网灵活抗扰动调节的光伏储能互补系统，利用储能装置良好的充放电特性，在用电低谷时，将多余的光伏发出的电能存储起来并在用电高峰、光伏发电量不足时释放的提升电网灵活调节及抗扰动能力的光伏储能互补系统。

本发明提出的所述光伏储能互补系统包括光伏发电系统、蓄电池储能系统、大电网系统以及负荷，所述光伏发电系统与所述蓄电池储能系统接入直流母线，所述大电网系统和所述负荷接入交流母线，所述光伏发电系统和蓄电池储能系统分别通过直流电压变换系统连接直流母线，所述直流母线和公共交流母线之间设有交流电压变换系统；

所述光伏发电系统与所述直流母线之间的直流电压变换系统连接有电压控制单元，所述蓄电池储能系统与所述直流母线之间的直流电压变换系统连接有充放电控制单元，所述交流电压变换系统连接有电能控制单元。

可选的，所述电压控制单元为MPPT追踪模块，所述MPPT追踪模块根据光伏发电系统的光伏阵列的运行特性曲线控制光伏电池板的功率输出。

可选的，所述MPPT追踪模块采用变步长干扰观测法对光伏阵列的最大功率进行追踪。

可选的，所述充放电控制单元用于控制蓄电池储能系统的充放电模式；

当蓄电池储能系统为充电模式时，控制存储光伏发电系统多余发电的电能；

当蓄电池储能系统为放电模式时，根据电能控制单元的控制指令释放存储的电能。

可选的，所述充放电控制单元为二阶充放电控制单元。

可选的，所述电能控制单元为PQ控制装置，所述PQ控制装置基于PQ控制策略，根据光伏输出电能与负荷所需电能之间的差值确定电能的流动方向。

可选的，所述PQ控制装置通过控制交流电压变换系统中逆变器的PWM波形，对所述流动方向进行控制。

可选的，所述蓄电池储能系统与所述充放电控制系统中设有蓄电池保护装置，所述蓄电池保护装置用于控制蓄电池的充放电操作，防止蓄电池电量过低或过充。

可选的，所述交流电压变换系统中的逆变器输出端连接有滤波器，通过所述滤波器滤除所述逆变器输出的三相交流电中的谐波分量。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明可以有效的解决光伏发电与负荷错峰的问题，解决资源分布不均及新能源发电间歇性、波动性带来的难题，充分利用光能为蓄电池和负载提供电能，提高光能利用率，提升系统灵活性和可靠性。

在光伏发电系统中采用变步长干扰观测法作为所述光伏阵列的最大功率的追踪方法，相较于其他追踪方法，具有结构简单、追踪速度快、追踪精度高的特点。同时设置电压控制单元和电能控制单元，能够更好的对光伏储能互补系统的发电与储能进行调度，满足实际应用中的不同情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的光伏储能系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提出的一种用于电网灵活抗扰动调节的光伏储能互补系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。

应当理解，在本发明中，“与A对应的B”、“与A相对应的B”、“A与B相对应”或者“B与A相对应”，表示B与A相关联，根据A可以确定B。根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。A与B的匹配，是A与B的相似度大于或等于预设的阈值。

取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

实施例

如图1所示，传统的光伏储能互补系统通常包括光伏发电系统、蓄电池储能系统、大电网系统以及负荷，所述光伏发电系统与所述蓄电池储能系统接入直流母线，所述大电网系统和所述负荷接入交流母线。同时，所述光伏发电系统和蓄电池储能系统分别通过直流电压变换系统(DC/DC)连接直流母线，所述直流母线和公共交流母线之间设有交流电压变换系统(DC/AC)。

在光伏储能互补系统中，所述光伏发电系统将光能转化为电能，所述蓄电池储能系统能够将光伏发电系统在发电过程中多余的能量暂存。通过直流电压变换系统和交流电压变换系统实现光伏发电系统、蓄电池储能系统、大电网系统及负荷之间的电能转换，实现能量传递。

本实施例在图1所示的光伏储能互补系统的基础上，分别在光伏发电系统、蓄电池储能系统以及直流母线和交流母线之间设有不同控制特性的控制模块，从而更好的对光伏储能互补系统的发电与储能进行调度，满足实际应用中的不同情况，进而提升电网灵活抗扰动调节的功能。

如图2所示，在本实施例中，所述光伏发电系统与所述直流母线之间的直流电压变换系统连接有电压控制单元，所述蓄电池储能系统与所述直流母线之间的直流电压变换系统连接有充放电控制单元，所述交流电压变换系统连接有电能控制单元。

在本实施例中，所述电压控制单元为MPPT追踪模块，所述MPPT追踪模块根据光伏发电系统的光伏阵列的运行特性曲线控制光伏电池板的功率输出。

所述MPPT追踪模块采用变步长干扰观测法对光伏阵列的最大功率进行追踪。在对电压增加一个扰动后，对比增加扰动前后输出功率的变化量，通过判断输出功率的值，改变下一时刻扰动量的大小，使光伏阵列输出功率保持在最大值，相较于干扰观测法可以有效提高追踪速度和追踪精度，并且能够稳定光伏阵列的输出电压，同时有效提高了光能的利用率。

在本实施例中，所述充放电控制单元用于控制蓄电池储能系统的充放电模式；

当蓄电池储能系统为充电模式时，控制存储光伏发电系统多余发电的电能；

当蓄电池储能系统为放电模式时，根据电能控制单元的控制指令释放存储的电能。

具体的，所述充放电控制单元为二阶充放电控制单元。

本实施例在光伏储能互补系统中采用蓄电池储能，与飞轮储能装置相比，具有占地面积小，应用场景广泛的优点。

所述蓄电池储能系统与所述充放电控制系统中设有蓄电池保护装置，所述蓄电池保护装置用于控制蓄电池的充放电操作，防止蓄电池电量过低或过充。例如，蓄电池保护装置中的低电压控制模块用于控制蓄电池电压水平，防止电压过低，从而有效预防因电量低影响蓄电池寿命的问题。

在本实施例中，所述光伏储能互补系统以所述电能控制单元为主控系统，监测并控制整体能量流动方向。

进一步的，所述电能控制单元为PQ控制装置，所述PQ控制装置基于PQ控制策略，根据光伏输出电能与负荷所需电能之间的差值确定电能的流动方向。所述PQ控制装置通过控制交流电压变换系统中逆变器的PWM波形，对所述流动方向进行控制。

具体的，通过锁相环获取大电网中电能的频率与角频率值等，利用D/Q分解获得变换后电流与电压的D轴和Q轴分量。将电流与电压的DQ分量和此时负荷的有功功率和无功功率作为输入，经PQ控制装置，输出控制逆变器的PWM波形，控制逆变器的输入与输出。

为了实现电能控制单元的主控功能，在本实施例中，所述电能控制单元设有监测电路，其监测量包括光伏阵列的输出电压和有功功率值、蓄电池输出端的电压值、蓄电池的剩余电量、蓄电池输出有功功率值、直流母线上电压值、逆变器输出三相交流电的电压值和频率值、逆变器输出有功功率与无功功率值等。同时检测大电网的相位和频率，为并网逆变系统的输出信号提供所想基准。

此外，在本实施例中，所述交流电压变换系统中的逆变器输出端连接有滤波器，通过所述滤波器滤除所述逆变器输出的三相交流电中的谐波分量。所述滤波器的输出端经交流母线与大电网和交流负载相连接。

下面具体描述光伏储能互补系统在本实施例中的具体工作过程：

设光伏阵列光照强度为发出的功率为P

通过光伏发电系统中的光伏电池板采集当地的光照强度和温度，根据已获得的光伏电池板运行特性曲线，获取输出最大功率点对应的光伏电池端电压，并利用最大功率追踪系统进行追踪，用于提高光能的利用率。

蓄电池装置用于暂时性存储光伏发电剩余的能量，同时蓄电池的寿命受充放电次数的影响，同时与电池电量的消耗程度有关。

对于光伏/储能系统中的能量的流动方向的控制依赖于PQ控制策略。通过锁相环获取大电网中电能的频率与角频率值等，利用D/Q分解获得变换后电流与电压的D轴和Q轴分量。将电流与电压的DQ分量和此时负载的有功功率和无功功率作为输入，经PQ控制器，输出控制逆变器的PWM波形，控制逆变器的输入与输出。

逆变器与滤波器相连接，将逆变器输出的三相交流电通过滤波器，滤除三相交流电中的谐波分量，使符合并网的要求。当P

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。